автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Пластичные смазки, работоспособные в среде жидкого и газообразного кислорода

Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке'нефти

ВНИИНП

На прозах рукописи Для служебного псльзояг.:г.::г Экз. № У

ИВАНОВА

Елена Павловна

УДК 665.761:521.89^

ПЛАСТИЧНЫЕ СМАЗКИ,РАБОТОСПОСОБНЫЕ В СРЕДЕ ЖИДКОГО И ГАЗООБРАЗНОГО КИСЛОРОДА

05.17.07 - Химическая технология топлива и газа

АЗТОРЕОЗРАТ

диссертации на сс15с:;гх:п:о учопол сгспайг кандидата тегипг.-зс-пг: наук

Москва 1993

Работа Бшэдпепа в отделе сглзок Всероссийского научно-исследовательского сютитуга по переработке нефти - ВНИИ НП.

Науеай! руководитель - кандадат гсхнстзл^лк паук,

сг,научниД сотрудник Т.К.Оотрозская

о.т.;э::с:;ти - доктор наук,

профессор

- кандидат геютзезих наук,

С7.КиуЧЕ1:а СОИрУДЯИЙ Т.Г.С::ряб;2:а

Всдудад организация - Гоездартаезнаиа нгтаэ-гсазедоБэдеяь-с-:::': пноштут го дхг.г.'.отологка

Садита соотодтсл: " —7.—:_19ЭЗ года з 10 час.

кг. гасс-да:-.:-./. совзта Д.103,04.01 по саддте

дт.гг^ртатд:': ::а учс::с:: степ-з:::: дот эра каук прл Бсерос-

;аст;:тутс по пзрорабэтке нефга ( IIIНо, Лв:;аг.;отор:;ая, 6, Е1ГЛ 1Ш ).

С ддосссхдд^ий «¿пэ сз::ако:.сиьоя в паущо-техкзчоокой (5д£л:;з;ге:-;э ЕПШ Ки.

Ах/горе ¿ера? разослал среЬраЛЯ 1993 г.

Гчсах.1 сскрохарь сяедаздизароБакного совота, кандидат технических наук.

ст.кауч:;1д; сотрудник Г.Н.Чернакова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Внедрение новых технологий в различных областях техники, связанных с использованием жидкого и газообразного кислорода, ставит задачу повышения эффективности работы кислородного оборудования. Одним из направлений решения otoü проблем является созданио кислородостойких сказочных материалов, работоспособных п широком диапазоне температур и давлений.

В настоящее время к кислородо сто ¡1 к и м пластичным смазкам наряду о ocjioвша требованием взршво- и пожаробозопасности предъявляется и такое ва?лое требование как расширение температурного диапазона применения сглзок в область криогенной температуры при значительном увеличении ресурса работы.

К началу проведения рзботи установлены основные пути создания с:;лзак, работоспособных п контакте с газообразным кислородом, я разработаны гл.'.г.псста стоЯкяо, взрыло- и пожаробезопасные пор-фГ0рП0Лаэ£зршгв С.ЗЗКЯ В1ПШП-230,-232,-20Э,-284 и другие. Однако, с:гп ойеспочлсзиг работоспособность кислородной ар.м-зтури только до тегямратурп гастшшш диспзрсяониой среди с:.азок ( минус 6Q°C для пор^торполз»!яров юркя US? п капус П0°С - марка ФЗН ). При более низкой тс;.хературз тптелородпая аркатура с этими стазкаки не работоспособна п упли тройня р'бота::? без смазки, что значительно сгпнаст кх надежность и долговечность» Крота того, в экстремальных уело пил;: эксплуатации ( агрессии:;,то среда,-шеохпе нагрузки, п::з::::о старост:? сг:ол1,-'с:::;л, гшеокке температуры ), когда п сонря-

Гг) Лзлео по тексту пепольпогаи термин - смазка

жешшх парах реализуется, как правило, граничный режим трения, перфторполиофирпые смазки товарного ассортимента характеризуются недостаточно высоким уровнем трибологическж сво51ств п 110 обсспсчивают необходимый ресурс работы узлов трения кподородаого оборудования. Это определяет актуальность пропадс^глл исследований, направление па создание взрыво- и полсаробозопаснш: антИ'Хракцизн-. но-ушготнителъных смазок, пови^ахг^к эффективность работа хксяо-родного оборудования п широком дканазоно температур к дапгеиий.

Цель работы - проведение с1:сге:.сп;чос:'.:"< изадодовапк!!, направленных на создшшо взрыво- и пагаройеионакшх едпеогг, обсспа-чиващкх работоспособность узлов трепня плмюрагаюто оборудования _в диапазоне температур от г.-пгус 123 до шаез £00°0,

Основные задачи работи:

- изучение возкоаюстл енк^еалл ¡лог^ата сдоаай н пови^сшах ресурса работы аратурц при цршкякоЙ сс^ерагурз <а счз» применения добавок в съемках. ;

- исследование вгашивх приреди, кздияхецта п «оязаа яге— персности загустителей п добавок на схо&эмь п'смаороду сосок на основе порфхорполпейцрэв ; '

- поиск путей уяучзгшщ ^рийолагачоог-и С2о11ого сасок па основе перфторпол:1Ефнров ;

- разработка взрыва- к ио^ароЗзоопасиах сизо:-:, ддахедьио работоспособных в узлах треляя к;;с;»р^:лого с^-дагашш в ецрз-ком диапазоне температур и

Научная новизна работы. Покапано, что использование добавок порошков металлов, графита, политетрафторэтилена и их композиций позволяет обеспечить работоспособность смазок на основе перфтор-полиэфиров в узлах трения кислородной арматуры при температуре значительно шсхе температуры застывания дисперсионной среды смазок за счет снижения момента сдвига и повышения ресурса работы.

Установлена зависимость пусковых характеристик, ресурса работы резьбовых пар при криогешюй температуре и антифрикционных свойств от природы добавок ( порошков металлов, графита, политетрафторэтилена ) и их композиций.

Предложен механизм влияния добавок на пусковые свойства перфторлолиэфириых смазок при криогенной температуре заключающийся в том, что снижение момента сдвига происходит за счет локализации сдвиговых деформаций не в объеме затвердевшего слоя смаз-Ю1, а в пластичных слоях, образовшшых добавками на поверхностях . трения. ;

Автор защищает. Результаты систематических исследований по влиянию природы, концентрации и степени дисперсности компонентов ( загустителей, добавок ) на основные зксплуатациошгае свойства перфторполиэфирных смазок для кислородного.оборудования : стойкость к кислороду, пусковые характеристики и ресурс работы при температуре до минус 196°С, трибологнческие свойства. Компонентный состав взрыво- и по.тлробезопасных смазок, длительно работоспособных в узлах трения кислородной арматуры, обеспечипага^тх низкие моменты сдвига при криогенной температуре.

Практическое значение и реализация результатов работы. Научные положения, развитые в диссертации, позволили'разработать взрыво- и пожаробезопасные смазки Криогель и Нпбелунг, обеспечивающие работоспособность резьбовых пар различного диаметра при криогенной температуре и высоконагрукенных узлов' трения скольжения кислородного оборудования при пололительной температуре. Применение смазки Криогель в медицинских барокамерах значительно повысило их надежность и безопасность.

Апробация работы. Отдельные результаты научных исследований ' докладывались и обсуздались на Всесоюзных каучно-техническшс конференциях "Пути дальнейшего совершенствования технолога произ-■водства, расширение областей применения, повшсиая оффсзтишоотп исследований и разработки пластичных смазок" (г.Бердянск, IS3S, 1991), "Эксплуатационные свойства авиационных тс олив, сказочнш: материалов и специальных гшдаостой" (г.Киев, KS5), "Трпботзхиака-кашшостроенкю" (г.Москва, IS39), Всесоазноа ciaooз'.г/mj но реологии (г.Волгоград, 1984), Еаучно-тслшчосг.с:.: соссдааа! "Прямей сшю антифрикцио1шых материалов п тверда касочкас сократил в иадслша отрасли" (г.Кашшшпрэд, 1837)» ваездаиа ссздрл "ПрсЗлсмл «раш и изнашивания" (г.Харьков, ХСЗЗ), кзкСсргидж: lasaab: -учащи: и специалистов ВНИИ НИ (1232), юазреах BIO су. ДЛШирамга (IS83, 1988) и шлодаг сиксвсотоа EE2I Ш ШЭХ, IS35), .са ез~ минарах п заседаниях оепкт Ученого Cot:7а 25221 Ш. Результата исследований представлена в В сегсатшк работах- в 3 оиоркак свидетельствах.

Объем работы. Диосертацжлая работа кгякаиа на страницах машинописного текста, кшкаот 18 то? на*, 42 137 наименований использованной литература п состой? из нзздеши, ¡ззе--ти глав, выводов, списка использованной литература и прашащай.

- 5 -

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проведения исследований по улучшении основных эксплуатационных свойств перфторполиэфирних смазок для узлов трения кислородного оборудования, работающего в спроком диапазоне температур и давлении. Сформулирована цель и задачи дпссертацтопкой работы.

Первая глава посвяг,еиа анализу пмещейся в литературе инфор-г.зщэт о путях улугзкия пусковых а трибологпческих характеристик смазок я созкогзгастя их аспользоззаяяя при разработке смазок, пред-пазпачешнх дня ар^тури п мзханнзмов, эксплуатирующихся при низ-г:о:1 к пр:югс1п0!1 температуре. Одзнгм пз путеЯ улучшения пусковых гярапторасгкк пря кпзгэЗ тссюрзтурз является использование дис-гзрзкапшх срзд с взгтата боясз пязкоЗ температурой застывания. Одяапо, отсу?с?~::з о.пзмоспво. грз:*л. гасяорсяотшх ерэд с томпо-рагурз!! ??.с?УП!гая! пг:з г.гптуо 120°0 и исвогг-'ояюоть в связи с этим сЗгзяз'пггь рс:г:п угла прп пг:ого;:по!'1 тешерэтуре прздопро-

. лол.'от. псоЗхол^'.'то-Ь Г?::ат:з путей улучлепил

";И2::отсмлсратур::«;' спзНзгп. слез::, Поггэл:.зо?а!пю депроссоршос прп-садся таг.-::; из пззгзт.тг? р-зтпть гзегоплеггпуп задачу, поскольку они сажает ггг.ггерптур/ саз,г*л.',.аг!я пзрГ^рнзлнзЯарэв не более чем па 20°с.

С::"-:?'!П'5 пуеэтпогэ я ~стапог::Е.~згосл. Гамзатов сопротивления ХЭГТ^Ж'ЛЯ прч .:.'П2~з?. тспоратурз позкэяю тшс~е па счет е.—'.го:: з г-л?:!|р;л::гг"з:т::!""' .габакгют(дпеульфэда мо-лаЗдсп, :е ах 'гсгЕзггслгггг. Однако, пссле-

Лзгзггй, 15 сспог;"":, пзй?гг.".з::п г'лглям (гпзаам на нефтяных и синте-• • тггзкгз уг-сгзлэро^с: я проводите:, в пэдзшнтах качения

при тег.парагурз до гааус С0°С. Сведения о поведении смазок в дру-

гих узлах трения (резьбовых соединениях, запорной аркатуре, подшипниках скольжения и др.) при низкой температуре немногочисленна, а при криогешюй температуре - отсутствуют. Возможность улучшения комплекса эксплуатационных свойств (пускоЕНх характеристик при низкой температуре, трибологическях свойств) при использовании добавок определяет целесообразность более тщательного поучения этого пути улучшения низкотемпературных свойств сказок.

Обобщены и проанализированы литературные данные о химической отойкости, низкотемпературных и трибологических свойствах клсло-родостойких смазок и их компонентов, обоснован выбор дисперсионной среды, дисперсной фазы и добавок.

Анализ зарубежной и отечественной литература показал целесообразность проведения настоящей работы, козволкл наметать основные направления и'сследова1шй.

Во второй главе приведены методы исследования и характеристики компонентов кислородостойкях с.:,"лес::. .

Возможность образования горячих и взрывчатых оиотегл в результате случайного или заплшгаровашого контакта с:.'лзо-я:ого каториа-ла о газообразным ш ещсхтсл кислородом, а '¿акде с гоздухогл, обогащенным кислородом, закатно су.::аст круг соединений, которые цэ-гут быть использованы в качестве ко'-шскзятоа ш:слородсс2о;1Ек: зок. По совокупности фиопко-хгапчоских сходств наиболее перспективными" соединениям;!, ЧцйШеШелГ для ШЮЯЬСОБаШШ в ватаохве •дисперсионной среды кпслородосго'Лкпх является просхно йер-

фторполиэфирн. Они значительно превосходят во стойкости к кислороду углеводородные тела нефтяного а спптстнчзокого прокохогдзшш, кремнийорганнческие и йторхлоругдеродние кэдкоети. В данной работе использован порфгорполкоулр ьдр:ш 1ЕЗ-150 (ТУ 6-02-1072-36).

В качество компонентов перфгорподиэ&фтк сказок была иссло-

дованы модифицированные кремнеземы; органосиликагель марки AM-ü (ТУ 38.I0HI45-88), аэр.силы маро;. А?,1С (ТУ S-I8-I2-80) и МЛС-200Ц (ТУ 39-S8-83); политетрафторэтилен Марок Т-4-95 (ТУ 6-02-1024-89) и 4ЯТЛ (ТУ 6-05-041-553-73); графит марки С-Г (ОСТ 6-03-431-75) и фторированный графит (ТУ 16*69 ИЛЕА.349735.003)4

С целью улучиения эксплуат'аШояних свойств кислородостойких смазок в качестве добавок исследованы порошки ?.едл иеесплавов. Размер частиц основной фракции меда (ГОСТ 2112-79), латуни (ТУ -"3-21-72181) и бронзы (ГОСТ 1628-70) варьировали от 0,06 до 50 мкм<

Смазки готовили по технологии, принятой ДЛЯ йбмчльннх смлзок, добавки вводили до Механической обработки вместе С загущающим компонентами.

Для оценки свойств смазок бы-и использованы стандартные и специальные метода исследований. Взрыво- и пояйробазопасность смлзок в среде газообразного кислорода оценивали НО методикам нпо "Криогенмага" по предельному давлению кислорода, Hitte которого iie происходит распространение горения по слота CMäSKrt При ее КОДКИГа-нип, и по стойкости к воспламенению йод ДеЙотМе^ ударных волн, ааяшшх&х при резких перепадах даветеяйяг* Термоок^слительную ста-övmttCKsn, смазок йссзгедойалй г.гетодаш термического анализа.-

Исследования при ftpiforeraioß Температуре (до минус Г96°С) проводили в НПО"Криогенмаая'<- ГГоКазателямн работоспособности смазок .при температуре жидкого азота служили момент сдвига, крутящий момент в резьбовой паре со смазкой и ресурс работы вентилей. Изучали также влияние компонентов кислородостойких смлзок на пусковые свойства в подшипниках скольжения при температуре до мЛиус 60°С.

Триболог-ческие свойства смазок оценивали как стандартным методом на четнрехшариковой машине трения, так и исследовательскими методами на машине трения Mmen-Wielanct и др.

Основным требованием, предъявляемым к сказкам дяя каодородаого оборудования, является стойкость к кислороду. Ока б сбою очзродь определяется стойкостью к кислороду кзздого компонента -

дисперсионной среда, загустителя, добавок к id: взашшцу влиянием. Поэтому третья глава диссертации посвядзна исследованию влияния природы, концентрации к степени дисперсности Еокгонаитов на отой-кость перфторполирфирн1к сшзок к кпсдороду.

Показано (табл.1), что независим от природа еагудсиздзго компонента перфгорполпо$ярш1Э сказки характеризуется usrassS стойдо -стьа к кислороду, чеа их даспорспоиная среда. Среда теазадражкх. •коделышх смазок с близкие реояопяоск:::.а сaoüoizszi ai^üü стойкостью к кислороду обладай? сглзди па oaaoscs пгйгордогдофдра, загущенного графитом, ¡.прг.к C-I к тааатйг'р^торэ^оааа t^puu T-4-S5. Несколько шшзой отойсостьэ к кадярэду зсьрадтзрзсустсй стзка, содержащая'оршкосяжзйагояь Ш-й Усьтасгадг etj«

адда кекфазной поверхности нцдшя ссазхз, ~ дссдс^здол {¿es, езк ta счет увеличению кощоагрзди кауюкхсжа, '-.а; и оггг,уд до д^ч-дерз« кости,сникает ирздолшоо глвдешю Едздзродд.. Sau,' cuüciz^mzi стойкости к кислороду сбрагшз lœ*^*.^

этилен глрки Т-4-55 (сродапй едздэ £0 Lsa*

л

поверхность I ir/r), и клада о »¿«¡К

(средний размер чаотгц oiaso G гга:» еккг^:«;:« ^t^J'/i')

свидетельствует о кошкой cïoLsxcî:: и о

(рис. I, табл. Ï).

Изучезо влияние природа, гтрлщ^цг ц «гсс^з добавок г,:оталнов на sep^oiüiasssCÄsya•

полЕтетрафаорзтплоксзой г: rpc^cxciaS Uxzz^a, Vä глг^з-

лкческяе добавка в бедымй схепсшз cxLzzj

Таблица I

Сто&сосгь к кислороду сказок га основе лерфгорполиэфира

Концентрация Предел Вязкость Предельное загустителя, прочное» оффокткп- давление Загуститель & 1ПС0 ти,50°С,ная,50°С, кислорода,

■ Ш ■ Д=1000с~1 Шй

Па» с

Пол

г^-гл: "Т-4-55 4.НТД 43,0 30,0 310 340 1,2 1,1 '6,2 2,0

Сргг.посжпгг.аггль геряя: ili'2 ' 2,0. 250 0,9 5,1

Лэвзеял AÜS 4,0 310 0,9 2,0

'l'JJS-ЖЦ ' 5,5 250 1,0 2,8

г.-зргп: C-I 21,0 310 2,0 6,8

Сдфгр^;;? (61 В) - 23,0 1330 ' . 0,8 2,7

ГГ-;-

пгзлаяыгсэ датдадао ггасяорода (Рпред.) яляг nopjropnair.ol'rpa составляет 37,5 !ЛПа.

fi' kj—«...

.'•О- ¿0 40

Рис, Г Зависимость предельного давления кислорода от концентрации полктетто-, фторотплона в смазке на" основе лерфторполиэфпрз:

I - Т-4-Э5, 2 - 4НТД

стабильность оиликагелевой смазки, чем политетрафторэтиленовой и графитовой, Уменьшить неблагоприятное воздействие порошков металлов на термоокислитель-гую стабильность перфторполиэфирных смазок можно за очет снижения концентрации и увеличения размера металлических порошков, а также путем использования вместо порошков меди ее сплавов - латуни, броНоЫ и их композиций с политетрафторэтиленом и графитом«

испытания на отойкость к кислороду смазок с близкими■реологическими свойствами (предел ьрочности при 50°С - 250 *Я50 Па), содержащих композиции добавок различной природы и характеризующихся наибольшей термоокистателы.ой стабильностью, доказали-(табл.2), что композиции добавок, содержащие го 5 % порошка латуни, сикают предельное давление кислорода как оиликагелевой, так и графитовой смазки, имещей наибольшую стойкость к кислороду среди исследованных смазок на основе перфторполиэфира. Увеличение концентрации порошка латуни до 10-15 % приводит к мене- значительному снижению предельного давления кислорода (Рпред. - Г,8 * 2,0 МПа).

Таблица 2

.Влияние добавок на стойкость смазок к кислород;'

Добавка Предельное давление

................. кислорода, Рпред,,

№

Силикагелевая смазка

Без добавок 5,1

Политетрафторэтилен Т-4-95. латунь (50 мкм) Графит С-1, латунь (50 мкм) 2,0

Политетрафторэтилен Т-4-95, графит С-1 5,0

Графитовая смазка

Без добавок £.д

Политетрафторэтилен Т-4-95, латунь (50 мкм)' - 2*3 -

к) Здесь и далее в тексте - % масс.

- II -

Таким образом,исследовшпшз компоненты снижают стойкость , перфторполиэфиров к кис эроду. В ¡'-именьшей степени влияют на стойкость к кислороду и термоокислительную стабильность перфтор-полиэфирных смазок политетрафторэтилен марка Т-4-95 (ПТФЭ), графит марка С-1 и среди порозкоз металлов - сплавы меди (латунь, бронза).

Четвертая глава посвящена исследованию тркбологических свойств перфторяолиофяряшс сг.пзок. В условиях граничного трения, реализуто-. г^пгся, над правило, в узлах трения кислородного оборудования, ве-лттха вероятность возникновения задира, схватывания, повышения яз; носа п зазофф'Щквнта трения. .В овязи с чем эти исследования приобретает взгкоз значение. '

Установлено, что трябологлческио характеристики силикагелевой, ' поготатрадгорзталепсво!! и графитовой сказок без добавок близки кзэду собой а несколько уступает товарной кяслородостойкой смазке ШИИШ-С80 (табл.3). В области высоких нагрузок (5000 Н) графито-гагс с-азга уступает по протсшглзноспым свойствам силикагелевой и па-птзтрафторэтпяеиовой смаз:г.м, Вводснаэ в состав смазок порошка латуггз ( 50 ?$) во Случаях повышает нагрузку , сваривать (Рс), улусгаз? прбйсоаавирш свойства (Из), стаавт азнос '(Аи) ' прз.пмскшс пагруапаг. .

■ Пкясййгз гонцзэтрацал. добавки поротка мотата до 10 % в счазсах на ссповз пар^тор^даэ^ара улучшает показатели смазочного дьйс.аия. . (йпоотггякЕЭ трябологачзскнк характеристик (р;хо.2) силикагелевой сгззкя о добавка? а латука свидетельствует о том, что увогтпчгшаг котгзнтрзхет добавки от 2 до 10 % приводит к повшюнип . нагрузка сваргнзанпя на 27 %, индекса задира на 20 Противоиэнос-пиз свойства Щп> пря это?! практически не изменяются. Увеличение размера, частиц штажэтесяой,добавка.' '(от 0,06 до 50 мкм) также приводит к повышения нагрузки сваривания и индекса задира. Добавки

Таблица 3

Результата йсследонагий трйЗологнчеста« сзойст® смазййс ;аа -основе «ю^фг&рполйэфира

■Наименование 'Йа^узка «Индекс Показа- Дз&и&гЗ) ¡пятна •■ЕЗпоса^йвЛйй

■сварива- ааздра тель -

смазки иия, Рс, ¡Из износа. 1

К «евдрзва, Я

200 5000

БНИИШ1-230 'ёэео И.,'55 «3,29 адо

Силикателевай -смазка

Без доб вки 8310 ТГ^гбВ

С добавкой латуни С(2Й €300 310 '€„53

Политетрафторэтиленовая Лйазка

Без добавки ■5620 ©-,■60. <0,37 2,33

С добавкой латуни (2*') 203 '0^23

Графитовая смазка

Без добавки аЗЮ '55

С добавкой латуни (2Д) 7080 105 0,70 0,27 -Х-, Ео

С добавкой ПТФЭ (2%) 5520 101 о,ео 0,29 т 7 "* *, /о

хз •с; си

0,7

0,5 130 1 10

: 90 БООО

¿■7000

ЦбООО "5 а 5000

со -а:

II

г- «г

..'5 о гп: о

...........' 1

У

1/ Е

2 Еавао:п.яать натрузет сзартахшя (Рс), яздзкоа гадара (Из) п показателя изаооа (&£) сгязггзгсдэсоЬ с^зака от да'ГЗад ( 50.^л),

О М 8 Ш ИОНЦОНШЦИЗ шхюдайсс.

графита s Ешатетрафто>рзтлдо1£а улучшают теологические хгтакте-рзсткта crasos ка оснорй гюрфторямкаэфира» Однако, эффективность действия графка ч ГГГЗЭ щи», чем а случае использования добавок порозков кэталпов* Например, графитовая смазка, содержащая 2 ¡Í порезка яатует» с^зо? бодьаув- кагрчгг* адародашд (Ро> и индекс за-дгра Шз> сэ ер'акгстз» о графитовой смазкой о 2 % ПТЗЭ ("абл.З). Еисокуа металлически» noposítu дроедлявт и в

У к

с'пошзс, содзрпгпзх шзюзицза добавок раяжгшоК при роди, Паяри -кзр» xaospasQ латупа (50 asa» 5 <f) поктот ааудезочну» сдособ-г:сз?ь (Ра)» удусг-ст протпвак дирние сгайэтгд Oía i садапголевой evasrn, солврзгсэП добают. ПТ5Э иди гра-Фэтз, а кататетр-афторэти-лгзасаЗ о гранатом (тайл,4),

Табдшт 4

Егягпкэ лайаш:; tta трпбаябгачесщгс своПотга смазок па сынова пор;/горполиэ Гирп

До($а&» Нагрузка Индекс Показатель

g г*со.) сваопязния, задгра, износа, " " ?0, П Из Дп, Щ

Сгуиггигагатая cf.aüra

пх:э (3 } * ■ • ■ 105 0,59

ПГСЭ ÍS), .тунь 50 гаса (3) 6630' 129 0,G2

Fpslra 15} Б620 sa 0,62

ГраГс? (3), латунь 50 (у) SSOQ Г1 Q.6T

саяащ'

CSQO 93 0,5?

ШП'лг^а SO «m (3) 7500 105 0,60

В уеяе®:!ях" rptuisrn».1 сказки ( raaarni тренья ЕГ-З ) добавки »¡зтяяяа « п-зрфторпелцефтгргд стекам позволяй? енпзпть ' twfpmtmt? трепал а етрокса даагмзрнв тешератур. Введение 5 7 т-.туна (5Q ют).п.ездяяагэлевуп сг.азку, (адеркащуп полптотрафторзти-

лен, приводит к снижению коэффициента трения в Г,5 раза при температуре вше 150°С. Увеличение концентрации этой добавки до 10 % способствует еще болы-лду снижению коэффициента трения (рио.За). В меньшей степени введение добавки металла влияет на антифрикционные свойства смазки, содержащей ПТОЗ и графит (рис.36). .

скОДЧ

ЗГ

О) £

ёо.ю

си

3

ао.об

<п ' о 2С •

0,02

с 0,01

ГС 3=

о» а.

§о,ое

з &

&

<п о

ЭС0.02

К а 1

* • ^ 2 з % \ \

РИс.З Результаты испытаний смазок с добавками на ьа-пшне. трения КГ-2 (Оск.=. 0,24м/с, Р=2000!Л1а):

а) силикагслевой Г - ПТФЭ (52),

2 - ПТФЭ 5| латунь (5Й,

3 - ПТФЭ Ш¡латунь Ш);

б) полктетрафторэтилеЕовой Г - графит

г - графи? (1255) .латунь (5?)

100 200. . 500

ТемпэРАТУРА, С .

Ч; 1 а

Таким образом, результаты.исследования трибологических свойств перфторполиэфирных смазок показали высокую эффективность действия добавок металлов и юс композиций о политетрафторэтиленом или графитом в режиме граничной смазки.

- 15 -

Б пятой главе диссертация представлены результаты исследования влияния добавок па пусковые свойства смазок на основе перфтор-полиэфзра при низкой п криогенной температура.

- Показано, что при понижении температуры до минус 60°С пусковые моменты сопротивления вращению подшипников скольжения при использовании слликагзлевой, политетрафторэтиленовой и графитовой смазок повнпхштся. При отом величина пускового момента смазок в 1,5 и болеэ раз низа, чем дисперсионной среды. Введение в сказки добавок не изменяет качзотЕагаюго характера полученной зависимости пускового мот.тзнта от температуры. Установлено, что природа загущающего постонеата и добавет оказывает существенное блеяний на величину пускового момента. В рядэ случаев введение добавок приводитк спЕзекззэ пускосого 1а:.",знта стзок. Наиболее зкач: :елькое снижение пускового момента для езлппагелевоа смазки получено при использова-ши добавки гранта к погягазипкй графит-латунь, ПТФЭ-датунь, для ' политетра'Ьторэтп.тгпсЕой сшзст - графзта п композиции графит-латунь. В то но вр2пгздешш добавок (пороаков металлов, ПТФЭ) и пх погдккшщЗ в графзтозуп сказку приводит к ухудшению ее пусковых характеристик.

С ЦЗЛЬП пзучзппя ЕОЗМЭЗНОСТЯ улучавши пусковых- свойств при криогенной температура са очат создания на поверхностях, трения пластичных сессз, гокалязувщпс сдвиговые деформации, било нсоледо-вано влияние добаток Ез гзг^знт сдвига п кр^тяций момент резьбовой пары 0Я0) со еазкаш при температуре язщкого азота ( минуо 196°С), Результат:! исследования свэдзтельотвуот о том, что резьбовые пары со смазкаал без добавок не работоспособны (табл.5). Введение в смазки добавок п их композиций обеспечивает сдвиг и приводит к достаточно пгзному овшггсватш резьбы при криогенной температуре

несмотря на то, что жидкая основа имеет температуру застывания оката минус 40°С. При этом (табл.51 момент сдвига находятся на уровне или меньше каксимальпо допустимого,, веягиша которого» в зависимости от диаметра маховика, находится в пределах 11-35 Н»м .. (ГОСТ 21752-76). Лучшими пусковыми свойствами при криогенной температуре характеризуются сияикагелевая сьазка с коапозкцаей добавок ПТФЭ-датунь и пояитстрафторэтилековая сказка, содврвззая до-бапки графита и латуни.

Тйблзца 5

Влияние добавок ка момент сдвига я 1футяаа2 игазит резьбовой пары !Я0 с г.ирфторполиз<^1р:шма при температуре данус 106°С..

Добашсз , Н«в

(Колцянтраадя,.% (¿асе.) . Сдвига .(Ме) Крутяу^К 1№Ф>

Сил икагслспая сл'дзгл

Без добяв< ч резьба на сройручиьастск

ПТ'Ю (10) / 12,0 1,0

Латунь 50 шел (10) 8,0 0,5

Графит (ГО) 10,0 ..1,0

ПТФЭ (5), гвафат (ГО) И.О х*0

ПТФЭ (5), латунь 50 кил (10) 8„0 0,0

Грагат (5), латунь 50 в::л (10) 1,0

. Пал-тотраФторзт'.аегювш! сизяка

Езз добавок рззьйа на ■ ¡¡рз.^-часа-л'ся

Графит (125 2,0

Латунь 50 шсм (10) 11,0 1,0

Латунь 50 !.иш (5)„ графит (Г2) 0,0 2,0-

») Предел прочпоотк сказок вря 50°С - 1'50 Па.

Установлено, что уБзякчсиае. Ийяюнтравш корейка латуни в'сз-ликагелев^й сказно от 4 до 10 % прзводят к ошжнкш «/»хвате сдвига

а стабилизации крутящего момента (рио.4). Дальнейшее повышение концентрации добавки не обеспечивает существенного улучшения исследуемых параметров и приводит к затруднению вращения резьбы, а такясе сопровождается ухудшением ряда других параметров (реологических свойств, стойкости к кислороду). Аналогичная зависимость момента сдвига и крутящего момента от концентрации графита при тегяшратурз жидкого азота наблюдалась для нолитетрафторзтиленовой смазки о латунью.

■•20 s

I2

lo

п о

V i

ч 4

!

; ^ ! J

Рис.4 Влияние концентрации порошка латути (50 мкм) в силикагеловой смазке на момент сдвига U) и крутящий момент (2) в резьбе MIO при температуре минус IS6°C

' I в»

Псслзх'.огг.илп с^.тг.гагэлспо'"! сглзки, содержащей композиция до-бага:; поката?:.» Cinc.5), что при воивхения текпоратури

от tmr/o 70 до Х€0°С ксЛтууатея резкое возрасташю момента еззтва рззгбодаЗ cari;, Одкзко, гр-л дадькейсеа охдзддешга до мпнус ХСЗ'-'Я cxzxrs. г-хп-ъяся ссесз чок з 2 раза. Очевидно, что

Ч" »кг-г/япя дз —«ye 200°С происходит зггеэзрдвкзвя

cr:--::; зг> npt^.o.r.r:' :? ?'"уг.2ыьсс:у росту одазг-гк до'?<гр"ац::.л, г:? r"0'-";:vn :rp'x д--гтnosr~'.rj.;rn

сауслог1:;:;;? i?:.:, что !г:г:г л'окалпзузте;; по п о::.~

кт.т^ттз с-тя з. з гд-дзгтаг^ сдоях сб^зогзвжк дебдк-

s3D

m

!s20

со

«а

о

lio

о

2:

о

?ис.5 Влияние температуры : на момент сдвига резьбовой . пары (MIO) о • сшшнагелевой смазкой с добавками 1ГГФЭ {2%) в латушцбо мкм, 10£)

-260

) 400 -ISO

Темпешлт» "с

Механизм действии добавок на пусковые свойства при криогенной .температуре, по-видимому, является общим для всех смазок. Тай, введение в сшшкагелевую сггазку на основе синтетического углеводород--ного масла 'J90 ( температура заотшзаная i-шус 5S°C) порошка латуни (50 мкм, 10 %) обеспечило свинчивание резьба при теипоратура жидкого азота. Момент сдвига при о том составил 28 Н«м» а крутщпй момент - 6 Н ы. Резьбовая парр со сгазкой баз добавох в отгк условиях оказалась не работоспособна.

Смазки, содержащие наиболее коетогздгз.добавок,'

улл чшащке - пусковые свойства как nps теклзратурз до 69°СФ так и при минус IS6°C, и характеризующие ся еысокзл yposuaa трсбо-логических свойств, бит испытаны b cspsSizo шпуеказккг взнткляг. . Ресурсные испытания вентилей с силикагелавой смаэкой, содараадай ■.■ добавки ПТФЭ и латуни, и пояитетрафторэткдоиоЕой сг.ааетй,.ссдерга-щей графит н латунь, показали значительное увелячвпнэ рзоурса работы вентилей как. при криогенной, - так н пра гшояштелькой Температурах. Так, вентиш КС 7102 о ama смазками проработает 5 тысяч циклов при пропускании чррзз вентиль едкого азота, в то время как

- :э -

ресурс работы вентиля без смазки составляет лишь 600-800 циклов. Смазка, содержащая ШХй,графит и порошок латуни, также прошла ис-пыуания в вентилях КС 7141 с трапециидальной резьбой большого диаметра.

Таким образом, использование добавок (графита., латуни, П7ФЭ) и их композиций позволяет расширить температурный диапазон применения смазок в узлах трения кислородной арматуры до криогенной температуры, т.е. значительно ниже температуры застывания дисперсионной среды.

Шестая глава посвящена разработке кислородостойких смазок, работоспособных при криогенной температуре.

Исследования влияния компонентов перфторполизфирных смазок (загустителей, добавок) на стойкость к кислороду, трибологическпе и низкотемпературные свойства показали, что задача по разработке кпслородостойкой антифрикцйокно-ушгатнителыюй смазки одновременно работоспособной при криогенной температуре гложет бить решена за счет использования добавок ПТФЭ, графита, порошка латуни. Использование этих добавон в силикагелевых и политетрафторэтилено-Еых смазках на основе перфторполиэфиров позволяет обеспечить низкие пусковые моменты и высокий ресурс работы смазок в резьбовых соединениях при криогенной температуре, при сохранении взрыво- и пояаробезопасности, высокой герметизирующей способности.■

На основании проведенные исследований разработаны смазки Криогель и Нкбелунг. Результаты испытаний фязико-хи-.аческиг и эксплуатационных свойств сказок Криогель и Нибелунг в сравнении с отечественными кислородостойкяма сказками товарного ассортимента ШИИНП-280 ,-282»-283 (табл.б) свидетельствуют о том, что разработанные смазки характеризуются высокой стойкостью к кислороду и находятся по этому показатели, на уровне кислородостойких см юк

Таблица 6

Результата сравнительных испытаний кислородостойких

СГ/Л30Е

Наименование показателя, метод испытаний вниинп 280 . БШИШП 282 ЕЗИКП Криогель Нкболунг 283

I 2 ' 3 4 5 6

'Предел прочности, 50 С, .Па, ГОСТ 7143 270

Вязкость эффективная, Па-с, ГОСТ 7163

+50°С, Д=1000 с~г

-30°С, Д= 10 с"1

Коллоидная стабильность 3 II, % вэделешюго г.»ас-ла, ГОСТ 7142

Коррозионное воздействие на'металлы, ГОСТ 9.080

0,9 2S5

6,5

3S0

1,0

450

5,0

В ы д

Трибологкчеокпс хавлг терлстшш, ГОСТ 94S0

- критическая-кагруз! Рк, Н

- нагрузка свашвапич,

Рс, К " 55SQ

нет

- индекс задира, Из

- показатель износа, Да,. f.:.i

Предельное давление кислорода, МПа/лзтод *'И10"Крког0Ц?.сащ:'

'I0i_, _____

1000 500 200 100

Чувствительность к воздействию ударных волн, ызтод НПО' ' "Криогснмаш"

Момент,сдвига, ~IS6°C, Н-м, метод HITÓ KpEorefüíaa" резьбовая пара MIO Трап.30x3

107 0,55

1.7

2,1

3.8 6,0

нет 5310

roa

0,64

1,2 2,0 . 3*3 5,6

.430

2,5 1300

2,9

350

1Д

740

1.9

620

5,0 5,6

р д' в паи 'г

нет

4700 93

0,85

25,0

%0t0 40,0 40,0

кат 8210

0,56

1,7 2(0 6,6. П.0

кзг

7500 ■ I0¿

0,70

1,8 '> р

8,3 12,3

не тссплажняэгся.прй перепаде 333/1 ЗЗЗ/Г ■ ,500/1 400/1

не работоспособны 4-Б не . работоспособны

дзатонпя 400Л

.2-4 . -4-G

О

Продолжение табл.6

Ресурс работа, тыо. ЦИКЛОВ, МЗТОД НПО "Кр^огек-'ая"

-1СЗ°С, Еситал!! тхша

КС 7102 4 по работоспособны 5 5

КС 714Г не работоспособны 5

20°С, езптпяп

КС 7Ш-7Ш •-■•■- 4 15 10

ЕШП!Ш1-гс9,-Г32. Скина Кркогзль и Нкбелузг имеют значительные грзп.тг.эстга га срапнсппэ с товарная сьазкаш по пусковым харак-торпгтг;™:«*! я ргоуроу работа з розьбс-'-К парк: при криогенной те:л-сзратур3 (-1Рэ°0), сагрусэчзоП способности (табл.6). Смазка Нпбе-луа? о ойзвггппсг работоспособность резьб большого

гг^гтгра гг5 гггтсратурз г;??:ого азота. Вчсогяя работоспособность з г: гстт-гт а тем, гзго з ез состав аходкт такие ггт'т^пп ":**: ПГГЭ» гатуаь, сбэсяэчгвапзю зеороаяв пуско-

•ггэ'п с^ггэтгтгггт! гггГгсгц &.гутз:гп::з рззуяьтаты исследований ггегзгт саяк: для прпгяяспия в уз-

¿гтсг.г*т ярзкггзоЗ тегаоратурэ, в. ш-

^с".: тггепзя пга гкшзратурэ до 2С0 °0.

э --ггг;- з сглзгя ^гоголь в крпо-

гегтг: гггггггъ гггг^гл ргсурз работа а радезяооть

г~"еггз «С^с-т-гга рг.<5эт7 Етгоогянагругепшп: гг^г.-*:: еггз п -г;:-"-' г:, пеггл гх с~п гз епсех тоглтрзгэ ассортп-

..•'--•""г"-"--- '""•*■Г"5 г.сг::сгго п узеяяпп-

сряззгура о шео::слагру«сшш?.:л

резьбами иолъшого диаметра при криогенной температуре. Организовано промышленное производство смазки на М0ПЗ"Ньфтепродукт".

Составы смазок Криогель п Нкбелунг защищены авторскими свидетельствами.

ВЫВОДЫ

1. Проведены котпиексина исследования влияния природы, концентрации и степени дисперсности добавок на основные эксплуатационные свойства смазок на основе перрторполиэфиров для кислородного оборудования. Использование в смазках добавок: политетрафторэтилена, графита, латуни и их композиций позволяет обеспечить работоспособность резьбовых соединений при криогенной температуре, т.е. значительно ниже температуры застывания дисперсионной сроды смазок.

Установлено» что использование композиций добавок : политетрафторэтилена, графита, латуни в кислородосто йки.. смазках позволяет снизить момент сдвига резьбовых пар и увеличить ресурс работы вентилей при криогенной температуре в 6 и более раз.

2. Изучены пусковые характеристики перфторполиэфирных смазок в подютниках скольжения при температуре до кашус 60°С, Показано, что смазки, содержащие органосиликагель, графит или политетрафторэтилен, характеризуются лучшими пусковыми свойствами по сравнению

с перфторполиэфкром. Применение добавок (политетрафторэтилена, графита, порошков металлов) и их композиций улучшает пусковые свойства .силикагелевгдс и политетрафторэтиленовьк смазок в подшипниках скольжения при температуре до минус 60°С. Пусковые характеристики графитовых смазок при введении добавок ухудшаются.

- 23 -

3. Ксследовано влияние природы, концентрации и степени дисперсности компонентов на стоШюсть перфторполиэфирных смазок к кислороду. Показана высокая стойкость к кислороду графитовых ста -зок ко сравнению со смазками на основе перфторполиэфира, загущенного органосиликагелем, аэросилами, фторированными графитами. Увеличение концентрации загущающих компонентов сникает стойкость смазок к кислороду.

Установлено, что металлические добавки сникают стойкость изученных смазок к кислороду, но практически не оказывают влияния на термоокислительную стабильность политетрафторэтиленовых и графитовых смазок. Термоокислительная стабильность силикагелевых смазок пошгаются при введении порозкоп металлов: меди, латуни, бронзы, а тадг.0 при увеличения их дисперсности и концентрации, причем в наибольшей степени при добавлении меди.

■ 4. Показа-го, что по нагрузочной способности, противозадирным п протепзоизпоспим (при низкой нагрузке) свойствам смазки на осиовэ псрфторполиофира, , загущенного органосиликагелем, политетрафторэтиленом или графитом, близки кедцу собой. В области высоки: натрусок графитовая смазка уступает, по противоизноеным свойствам спдддагелевой и политетрафторзтиленовой смазкам.

Устспотлспо, что добавки: политетрафторэтилен, графит, порошки гдзтаддов п их композиции улучяавт трпбологлческие свойства си-.чтт1шгелег:ас, политстрафторзтиленовшс и графитовых смазок. Наиболее сфЬктнзгд.'мл добавками, пов13ащк!Д1 нагрузочную способность и улутагзпгя протпдозадгрные свойства перфторполпзфпрных смазок, являются порезки мэдл и латуни,

5. Разработана смдхсп Криоголь, предназначенная для применения в рззьбоЕпд соединениях, узла;: трения арматуры, работающих в интервале температур от минус до плюс 200°С, а такяо в узлах

трения скольжения в интервале температур от минус 60 до плюс 150°С в контакте с кислородом и другими агрессивными средам;:. Сглаз 1а Криогель (ТУ 38.101924-82) выпускается на Московской иефтемасло-заводе. Экономический эффект от применения смазки на момент внедрения составил 18,6 тыс.руб. на I кг смазки.

Разработана кислородостойкая смазка Нкбелунг, предназначенная для резьбовых соединений большого диаметра кислородной арматуры, работающей при температуре до 122:70 15£ги, и шсоконагруген-ных подшипников скольжения, работающих в интервале температур с? минус 60 до плюс 200°С в контакте с агрзссшшьш средам. Продленное производство смазки Нибелуиг (ТУ £3.1011109-67) органпзеяй* но на МОПЗ "Нефтепродукт". Экономический задвкт.от прцменешш юез-ки на момент внедрения состава; 23,9 тыо.руб. па I кг

Основные положения дпосортацгл кздогсш п сдсдукдас работа;::

1. Платонова Р.Г., Барсук Л.И., Дудник Т.П., Иванова Е»П» Влияние политетрафторэкшона на окоплуатац;:ошшс свойства сйшл-' гелевкх сказогУ/Пласткчииз еггаагп:: СЗ.иаучнлрудоп/ Вссс, 1Г.П из переработке нефти.-?,!., ЦШИГЗас^м, Зт-ВзиХШ,- '

2. Островская Т.К., Икаю» Б./и, Еяатсаосз Р.Г.,. Иг-т.пзга Е,й, Влияние добавок мягких кзтаялоп ка нлакатс-азратуртез сго"с?гз кислородостойких смлзо;;// Игаотичжа Сб,пг-уч,;,тр,/дои/ Ессз« НИИ по переработке нефти.- 2,, ЦШЗПТтаГ.хски:,:, 1С32,-Г:;;г, 43. -

С.55-53.

3. Островская Т.К., •£акалойш:;эп И.Б., ЕЛ.,

ва Р.Г. Исследование г: рсояогцчсспк СЕЭ5к»2

пластичных смазок с иекагыпаа гед^стй^гсдаг^/ЙЕдстл'п»} схазкг» Сб.научн.трудов/ Всес.Ш по порарабзтиз а., ЩЕТЗай&г-

хим, 1985.-Вып. 46.-С.П-17.

- 25 -

4..Островская Т.К., 1'лхеев В.А., Бакалейникоз М.Б., Иванова Е.П. Реологические свойства многокомпонентна пластичных сма-гот:/ Тез.докл.ХШ Всес.симпозиума по реологии, 12-15 июня 1984г., г.Волгоград -C.I7I-I72.

5. Островская Т.К., Бакалейников М.Б., Иванова Е.П., Платонова Р.Г. Исследование влияния добавок на реологические и триболо-гачеспяе свойства пластичных систем на основе перфторполиэфиров/ Пяасигашз смазка: Тез.докл. на 1У Всес.научн.-техн.конф.,сент. К35г., г.Езрдянс::- *.!,» ЩШТЭнефтехим, _ IS85.-G.3t.

S, Островская Т.К., Бакалейников П.Б., Платонова Р.Г., Иванова Е.П. 2псплуатацпо:ш113 свойства и применение кяслородостойких пгастпчтнк с::лсок// Опыт применения неметаллических самосмазываю-™ксл материалов и тпзрдцх смазочпих покрытий в изделиях отрасли: 1Гауч:!о-тег!.сб.Г0!1ГЛ-23- г.Еаляишград, Центр НТИ"Поиск", 1988.-П'.тл.П,- С.а-15.

7» ürrrcra E.H., Оотровсаая T.Iu, Платонова Р.Г., Бакалейни-гвз *!,В. !йсгоро.":ссто-П:п:з стлазпа для Енсопояагрузв'гаих узлов трепля/ Тзэ.дзалЛ Г!зс~овст?оЛ каучпо-тапитф."^работехнпка - гаши-:гос7тг:1г::тз'' IC3D.-C.77-73.

■ 0. Vlr&vtzzoä З.Г., Ппапот З.П., Пгатокова Р.Г., Махеев В.А. Падгзгчтздпэ пгпсэлг:: atacfä'oir: с.азок па основе пер$торпро-ерзд/ Итасгга^э сгпзкп: Тез.докл. У Всео.

2-3 ссп?., IÜ3I, р.Бзрдпюх- М., ЦШТИТЭнефте-

IC3I.- C.IC4.

•о» Д.о. '.',» ШСЗИ СССР, □?.! G 10 !.! 7/00. Шлстхгшая сказка ггя гпг:ог'„':г:ого сбсрт^згглпя/ В.П.Езляаов, Н.А.Цзпотьев, Б.А.Ива-

H.B.Crvrnt, D.H,E:::c::opoB, Т.К.Островс-ая, В.П.Пустовалов, З.Л.2арчзглпкоп, П.Б.ЕакздйГлшкоа, Р.Г.Ш-лтопова.И.И.Пуцев, Е.П.Ива-кога / СССР / 3 3¿34241, заявлено 24.05.82.

10. A.c. № 1519233 СССР.МКИ С 10 M 169/00. Пластичная смазка "Оникс" для криогенного оборудования/ Н.А.Щепотьев, Т.К.Островская, Н.В.Филин, А.М.Домашешсо, Р.Г.Платонова, Е.П.Иванова, В.П.Цустова-лов / СССР / й 4323866, заявлено 2.II.87.

11. A.c. й 1593200 СССР, МКИ С 10 M 169/00. Пластичная смазка для криогенного оборудования/ Н.А.Щепотьев, Т.К.Островская, В.П.Пустовалов, Е.П.Иванова, Р.Г.Платонова, Б.А.Иванов,Г.А.Ковтун, И.И.Пуцов / СССР /И 4491030, заявлено 11.07.89.

попиисапо к печати 18.02.93г. формат 60x901/16 оёьемТ,39п.л. ДСП заказ! тнраж/Оэкэ.

пнм